Инструкция general climate: Инструкции на Household air conditioners General Climate

Простые климатические модели для обучения

Этот набор веб-страниц объединяет ряд ресурсов, которые могут оказаться полезными для включения упражнений. с компьютерными моделями климата в преподавание наук о климате.

Основное внимание уделяется обучению на уровне магистра, но для нашего магистра в области климата Измените, чтобы у студентов был такой широкий спектр знаний в области естественных и социальных наук, что мы не предлагаем формальные практические занятия, на которых модели климата используются очень подробно. Большая часть материала представлена ​​здесь не требует высокого уровня количественных или компьютерных навыков и вполне может оказаться полезным для обучения целей на различных уровнях.

Благодарности и ограничения по использованию этого материала

Большинство этих ресурсов по климатическим моделям уже доступны в Интернете, и я просто сделал выборку. из большого разнообразия доступных моделей, добавил некоторые комментарии, а в некоторых случаях предложил некоторые упражнения, которые могут быть выполнены с использованием этих моделей. Поставщики этих ресурсов выражают благодарность признал.

Однако я разработал новый контент для этих веб-страниц; в основном, простая таблица на основе модель глобального климата и некоторые из предлагаемых упражнений. Вы можете использовать их, но это было бы хорошо, если бы вы признали меня в качестве источника при этом.

Если вы сделаете какие-либо улучшения или расширения, то я был бы рад услышать о них. Мои контактные данные на моей домашней странице. Однако, пожалуйста, не просите меня внести улучшения или расширения, так как я просто нет времени.

1. Введение в моделирование климата

   Очевидный вопрос, который следует задать в первую очередь: зачем нам нужны климатические модели? Есть три основные причины: (1) лучше понять поведение климатической системы, (2) изучить причины прошлых изменений климата и (3) сделать прогнозы возможных будущих изменений климата.

   Второй вопрос, который необходимо рассмотреть: что такое модель климата? Модели — это упрощения реальности. Таким образом, мы никогда не должны заменять наблюдения за реальной системой предсказаниями упрощенной модели, и мы не должны ожидать, что модели смогут идеально воспроизвести реальность. Упрощения могут быть сделаны несколькими способами. Мы можем опустить некоторые размеры. Или мы могли бы включить измерение, но с ограниченной детализацией (часто называемой «разрешением» модели, с более грубым разрешением, дающим меньше деталей — см. рисунок). Мы могли бы опустить некоторые процессы. Или мы могли бы сделать упрощенную аппроксимацию некоторого сложного процесса (часто называемого «параметризацией»). Но мы должны сохранить достаточно деталей, чтобы уловить сущность системы и ее поведение для данного приложения.

   Климатические модели представляют собой математические представления климатической системы, основанные на физических принципах, которые обычно решаются на компьютере. Существует множество типов климатических моделей, начиная от моделей энергетического баланса и заканчивая моделями системы Земли. В настоящее время наиболее широко используемые климатические модели состоят из трехмерной «модели общей циркуляции» (МОЦ) атмосферы в сочетании с трехмерной моделью океана и включают модели состояния морского льда и поверхности суши.

   Обширное введение в процессы климатической системы дано Harvey (2000), а широко используемым учебником по моделированию климата является учебник McGuffie и Henderson-Sellers (19).97).

2. Понимание поведения климатической системы: простые модели энергетического баланса

   Простые модели энергетического баланса обычно моделируют только глобальный средний энергетический баланс Земли, в котором преобладает баланс между поступающим солнечным излучением и исходящим земным излучением. Безызлучательный перенос с поверхности в атмосферу также должен быть включен, если модель должна получить правильную абсолютную температуру поверхности, но некоторые модели пытаются только моделировать возмущения (т.е. изменения) температуры в ответ на изменение радиационного баланса. и им не нужно явно представлять безызлучательные переносы. Ключевые компоненты энергетического баланса Земли и то, как они могут быть представлены в простых климатических моделях, описаны в моих лекциях (доступны на портале UEA/сайте Blackboard для модуля «Наука об изменении климата»). Доступны другие, более подробные описания истории расчетов радиационного баланса и создания более реалистичных, но все же относительно простых моделей энергетического баланса (приведенные здесь только примеры).

   • Модель: простая табличная климатическая модель (это файл электронной таблицы Microsoft Excel)
     • Разработано Тимом Осборном (домашняя страница).
     • Табличные уравнения представляют собой модель глобального среднего энергетического баланса, состоящую из температуры поверхности и температуры океана. Океан занимает 70 % поверхности Земли (остальные 30 % предполагаются нулевой теплоемкостью) и представлен двумя полностью перемешанными боксами (верхний и средний океан; глубинный океан не представлен). Модель представляет собой модель возмущения, имитирующую изменение температуры, обусловленное заданным изменением форсирования. Если форсирование установлено равным нулю, возмущение температуры в конечном итоге также достигнет нуля.
   • Общие инструкции:
     • Электронная таблица “защищена”, поэтому вы можете изменять только значения в ячейках, выделенных оранжевым цветом. Есть два набора этих оранжевых входных значений. В столбце D, строки с 16 по 21, есть шесть параметров модели (например, чувствительность модели к климату), а в строках с 26 по 28, столбцы с J по Y, восемь факторов, которые контролируют временной ряд воздействия, который применяется к модель.

       Входы и выходы модели показаны на трех графиках. Форсирование, выбранное для каждого эксперимента, показано зеленой линией на верхнем графике. На двух нижних графиках показана смоделированная температура (зеленым цветом) для отдельных годовых значений (слева) и для значений, сглаженных по декадам (справа). Эти графики также включают (выделены розовым цветом) наблюдаемую глобальную среднюю температуру, которая обеспечивает полезное сравнение для некоторых экспериментов по моделированию.

       Для каждого эксперимента необходимо создать временной ряд форсирования. Воздействие состоит из суммы отдельных компонентов воздействия (приведены оценки воздействия вулканических, солнечных, парниковых газов и тропосферных сульфатных аэрозолей с 1765 по 2006 г.), каждое из которых умножается на коэффициент, который пользователь выбирает в оранжевых прямоугольниках. Чтобы отключить конкретное форсирование, просто установите этот коэффициент форсирования равным нулю. Для каждого воздействующего фактора указан ориентировочный диапазон, приблизительно основанный на неопределенности, оцененной МГЭИК.

       Также можно включить еще два компонента форсирования (установив для их коэффициентов положительное, ненулевое значение). Во-первых, это случайная составляющая, вызывающая колебания температуры, которые не вызываются внешними воздействиями, а вместо этого возникают из-за внутренней изменчивости. Поскольку эта простая модель энергетического баланса не генерирует внутреннюю изменчивость погоды, необходимо использовать в качестве замены случайный фактор воздействия. Предоставляется 100 различных случайных последовательностей, которые можно выбрать, введя значение от 1 до 100 в ячейку M28. Во-вторых, это синусоидальное (синусоидальное) воздействие, для которого можно выбрать амплитуду и период. Это полезно для изучения поведения климатической модели по отношению к воздействиям в различных временных масштабах.

   • Упражнение:
     • Предлагаемые упражнения описаны в этом документе в формате PDF: simple_climate_model_exercises.pdf. Есть два «эксперимента чувствительности», которые предназначены для изучения поведения климатической системы, в частности, того, как климат по-разному реагирует на воздействия, которые длятся либо короткое, либо долгое время. Остальные три «симуляционных эксперимента» — это различные попытки смоделировать изменения глобальной температуры, которые наблюдались за последние 150 лет.
   • Подсказки и результат:
     • Подсказки и результаты обучения для этих пяти упражнений описаны в этом документе в формате PDF: output_simple_climate_model_exercises. pdf.

3. Вынуждающие факторы, вызывающие изменение климата

   Существует целый ряд движущих сил (или факторов воздействия) изменения климата, включая как естественные, так и антропогенные факторы. принуждения. Некоторые из них просто известны или оценены из наблюдений. атмосферный концентрация СО ₂ за последние десятилетия или столетия. Однако есть несколько вынуждающих факторов которые можно предсказать с помощью моделей, описывающих процессы, вызывающие воздействие.

   Я выбрал два вынуждающих фактора для дальнейших экспериментов:

   • Орбитальное воздействие климата

     В очень длительных временных масштабах (от 10 до 100 тысяч лет) последовательность ледниковых и межледниковых периодов периоды, которые Земля демонстрировала в течение последних нескольких миллионов лет, считаются обусловленными полурегулярные колебания орбиты Земли вокруг Солнца. Эти циклы Миланковича изменяют общую солнечную инсоляцию. полученные в верхних слоях атмосферы Земли, и, что наиболее важно, сезонные и географические распространение инсоляции. В частности, количество летней инсоляции в средних и высоких широтах Северное полушарие считается важным при определении того, тает ли снег/лед летом или способен пережить лето и в конечном итоге скапливаться в большие ледяные щиты.

     • Модель: Орбитальное форсирование климата
       • Предоставлено Дэвидом Арчером в связи с его книгой Archer (2006).
     • Общие инструкции:
       • Нажмите на ссылку выше, чтобы просмотреть краткий обзор модели. Тогда у вас есть два варианта.

         “Снимок” строит широтно-долготную карту солнечной инсоляции, полученную в верхних слоях атмосферы Земли за выбранный год. Попробуйте это, возможно, сравнив модель сегодняшнего дня (2009 г.) с тем, что за 6000 лет до настоящего времени (-4000). Различия могут показаться небольшими, но имейте в виду, что контурный интервал составляет 100 Wm ^-2 : сравните это со средним глобальным воздействием 3,7 Wm ^-2 из-за удвоения концентрации CO ₂ . Еще один момент, который следует отметить, заключается в том, что эта модель предсказывает солнечную инсоляцию в верхней части атмосферы, которая достигает максимума вблизи полюсов в летнее время из-за длинных полярных дней. Фактическая энергия, поглощаемая климатической системой, или солнечная инсоляция, получаемая на поверхности, достигает пика в тропиках, потому что отражение инсоляции облаками и поверхностью Земли (особенно когда она покрыта снегом или льдом) имеет тенденцию быть больше в более высоких широтах. Взгляните на первый рисунок на странице «Инсоляция» в Википедии, чтобы увидеть разницу между атмосферой и поверхностью и получаемой инсоляцией.

         “Временные ряды” – это второй вариант, создающий график эволюции солнечной инсоляции в прошлом и/или будущем во времени на каждой широте, но только для одного времени года.

     • Упражнение:
       • Используйте параметр «временной ряд», чтобы выяснить, когда следующее оледенение ледникового периода может быть вызвано значительным снижением летней инсоляции в средних и высоких широтах северного полушария. Как далеко в будущем произойдет такое сокращение?
     • Подсказки и результат:
       • Используйте параметр «временной ряд», выберите 180-й день (1-й день — 1 января, поэтому 180-й день приходится на лето в северном полушарии — на самом деле это 29 июня) и диапазон от -4000 (что соответствует 4000 г. до н. э. или 6000 г. до н. э.). лет до настоящего времени) до 60000 (шестьдесят тысяч лет нашей эры!). Посмотрите на изменения в средних и высоких северных широтах (например, на 65° северной широты). Есть некоторые колебания, но может быть трудно увидеть какое-либо значительное снижение.

         Вместо этого вы можете проверить сами значения данных: щелкните ссылку, чтобы «забрать данные». Это показывает данные для всех широт и всех времен в виде текстового файла. Слишком большой, чтобы полностью его изучить. Но если вы выполняете автоматический поиск «-65» (обратите внимание, что в выходных данных этой модели есть ошибка, которая записывает 65N как -65, а не +65), вы можете довольно быстро просмотреть значения инсоляции при 65N, наблюдая, как они меняться со временем (в большинстве браузеров или программ просмотра текста вы можете сделать это с помощью сочетаний клавиш или щелчков мыши; например, F, чтобы найти первое «-65», а затем несколько раз нажмите G, чтобы перейти к каждому последующему вхождению).

         Вы должны обнаружить, что инсоляция превышала 500 Wm ^-2 в 6000 л.н. (год -4000 в файле), во время “климатического оптимума голоцена”, уменьшаясь до 476,9 Wm ^-2 к настоящему времени (2016 год является ближайший к сегодняшнему дню в выходных данных модели). Затем он остается в диапазоне от 475 до 502 Wm ^-2 до 52 000 г. н.э., прежде чем упасть до минимума 467 Wm ^-2 в 56 032 г. н.э. Если летняя инсоляция при 65 северной широте должна упасть ниже своего современного значения, чтобы начать следующее оледенение ледникового периода, то следующее оледенение произойдет не менее чем через 50 000 лет.

   • Нагнетание парниковых газов в 21 веке

     Выбросы CO ₂ и других парниковых газов в результате деятельности человека можно предсказать с помощью тождества Кая, разработанного японским экономистом Йоити Кая. Идентификация Kaya и аналогичные подходы использовались для создания многих широко используемых сценариев выбросов парниковых газов, включая сценарии СДСВ МГЭИК.

     Тождество Kaya утверждает, что выбросы CO ₂ являются продуктом четырех входных данных: населения, ВВП на душу населения, энергии, потребляемой на единицу ВВП, и выбросов углерода на единицу потребляемой энергии. Будущая эволюция этих четырех условий должна быть оценена (исходя из предположений о демографических, экономических, технологических и социальных изменениях) для создания сценария выбросов.

     • Модель: Айдентика Кая
       • Предоставлено Дэвидом Арчером в связи с его книгой Archer (2006).
     • Общие инструкции:
       • Нажмите «Запустить меня», чтобы открыть страницу модели идентификации Kaya. На странице отображается уравнение тождества Кайи. Само тождество довольно простое — трудно «предсказать» четыре входных термина. Эта модель позволяет вам исследовать их, варьируя четыре предположения о том, как каждое из входных условий может измениться в будущем. Либо используйте значения по умолчанию, либо введите свои собственные оценки и нажмите «выполнить расчет», чтобы сгенерировать выходные данные модели.

         Модель производит семь выходных графиков. Последние четыре — это четыре входных условия: население, ВВП на душу населения, потребление энергии на единицу ВВП (энергоемкость) и выбросы углерода на единицу потребляемой энергии (углеродная эффективность). Вы можете изменить скорость, с которой изменяются эти различные термины, и посмотреть, как они соответствуют наблюдаемым тенденциям до 2000 года (обозначены символами +).

         На первом графике показаны результаты идентификации Kaya с точки зрения глобальных антропогенных выбросов углерода (исторические оценки снова обозначены символами +).

         Второй и третий графики полезны для изучения последствий стабилизации атмосферных концентраций CO ₂ на различных уровнях. Концентрации CO ₂ , которые могут возникнуть в результате прогнозируемых выбросов углерода (в соответствии с одной конкретной моделью углеродного цикла, моделью ISAM), показаны красным на втором графике по сравнению с различными альтернативными эволюциями, которые приводят к стабилизации концентраций на различных уровнях от от 350 до 750 частей на миллион. На третьем графике показана дополнительная безуглеродная энергия, необходимая для перехода вашего конкретного сценария к траектории, которая стабилизируется на различных уровнях от 350 до 750 частей на миллион (если ваш сценарий уже ниже, чем некоторые из траекторий стабилизации, то третий график покажет отрицательные значения, указывающие на то, что мы могли бы на самом деле выбрасывать больше углерода и при этом достичь определенной цели стабилизации). Остерегайтесь (!), цвета, используемые для каждой линии на панелях 2 и 3, не совпадают, а также линию стабилизации 750 ppm на панели 2 трудно увидеть, так как она желтая на белом фоне.

     • Упражнение:
       • Как правило, ожидается, что население и благосостояние будут демонстрировать долгосрочный рост, в то время как энергия, необходимая для поддержки этого экономического роста, и выбросы углерода при производстве энергии, как ожидается, будут демонстрировать относительное снижение. Для большинства сценариев и, конечно же, для значений по умолчанию рост населения и экономики превышают снижение энергоемкости и эффективности использования углерода, что приводит к продолжающемуся росту выбросов и CO ₂ концентрации, которые не начинают стабилизироваться в течение 21 века.

         Цель ЕС состоит в том, чтобы избежать повышения глобальной температуры более чем на 2 градуса по Цельсию по сравнению с доиндустриальным уровнем, цель, которая, возможно, может быть достигнута (хотя и не определенно, потому что это зависит от того, насколько чувствителен климат), если общее воздействие парниковых газов эквивалентно до 450 частей на миллион CO ₂ или ниже. Предположим, что население мира выравнивается на уровне 9 миллиардов, ВВП на человека растет на 1,6 % в год, а энергоемкость снижается на -1 % в год. Насколько быстро должна снизиться эффективность использования углерода, если цель ЕС должна быть достигнута?

     • Подсказки и результат:
       • Установите для поля “Население на исходе” значение 9 (млрд), рост ВВП на человека – 1,6 %/год, а изменение энергоемкости -1 %/год. Изменяйте эффективность углерода до тех пор, пока концентрация CO ₂ на второй панели не станет ниже 450 частей на миллион.

         Снижение углеродной эффективности на -2,1 %/год позволяет достичь цели удержания CO ₂ на уровне выше 450 частей на миллион. Такое сокращение снизит выбросы углерода на тераватт выработанной энергии с 0,55 Гт в 2000 г. до 0,07 Гт в 2100 г., почти в десять раз, возможно, это довольно сложная цель? Обратите также внимание, что цель действительно требует CO ₂ должен быть стабилизирован ниже 450 частей на миллион, чтобы учесть некоторое увеличение других парниковых газов.

4. Моделирование общего кровообращения

   Проект EdGCM (Образовательное глобальное моделирование климата) (см. http://edgcm.columbia.edu/) разработал модель климата на основе GCM с удобным интерфейсом, который работает на настольных компьютерах. Его можно установить в системах Windows или MacOS, и он поставляется с рядом инструментов анализа и визуализации. В пакет также включены данные о состоянии границ поверхности и данные о форсировании, позволяющие пользователям проводить ряд экспериментов с МОЦ, моделирующих прошлые или будущие изменения климата.

5. Изучение возможных будущих изменений климата

   Существует ряд инструментов для предсказания будущего изменения климата (особенно с точки зрения изменения средней глобальной температуры). Я выбрал два инструмента, которые могут быть особенно полезными или актуальными, особенно для магистерских диссертаций, посвященных глобальным или британским изменениям климата. Первая — это простая модель климата MAGICC, которая может быть установлена ​​в системах Windows и имеет простой в использовании графический пользовательский интерфейс, который позволяет вам исследовать неопределенность в прогнозах глобального изменения температуры и то, как различные варианты климатической политики могут смягчить величину будущих изменений. MAGICC также связан с SCENGEN, который использует модели из существующих экспериментов GCM для оценки возможных региональных климатических изменений на основе смоделированного MAGICC глобального изменения температуры. Второй инструмент — UK Climate Projections 2009. (UKCP09) портал. Это веб-интерфейс (поэтому его не нужно устанавливать на ваш компьютер), который позволяет получить доступ к прогнозам будущего изменения климата Великобритании UKCP09. В настоящее время не разработано никаких конкретных упражнений для любого из этих инструментов. Просто попробуйте их и посмотрите, чему вы можете научиться!

   • Модель: MAGICC/SCENGEN версии 5.3 (это сайт, с которого можно скачать и установить модель)
     • Разработано Томом Вигли и Сарой Рэйпер (при дополнительном участии ряда других специалистов)
   • Общие инструкции и упражнения:
     • Веб-сайт MAGICC/SCENGEN содержит ссылку на руководство пользователя. В качестве первого упражнения просто выполните последовательность шагов, показанную на страницах 21-35 руководства пользователя MAGICC/SCENGEN. Это упражнение проведет вас через процесс отображения концентрации CO ₂ , глобальной температуры и глобального уровня моря для сценария СДСВ по сравнению со сценарием, который стабилизируется на уровне 450 ppm концентрации CO ₂ , и как на это влияют обратные связи углеродного цикла. и неопределенность чувствительности климата.
   • Инструмент: UK Climate Projections 2009
     • Разработано Центром Хэдли Метеобюро, Программой воздействия на климат Великобритании и другими партнерами.
   • Общие инструкции и упражнения:
     • UKCP09 сочетает в себе ряд согласованных ресурсов: отчеты, карты, интерактивные веб-страницы и генератор погоды.
       
       
       • Отчеты и публикации UKCP09: попробуйте «Брифинг-отчет» для первоначального обзора, прежде чем читать другие, если вам нужны дополнительные подробности.
       • UKCP09 предварительно подготовленные карты и графики: просмотр карт для ряда переменных (сезонная температура, осадки и т. д.) при различных сценариях выбросов, а также отображение диапазонов вероятностей с учетом многих неопределенностей, связанных с составлением прогнозов. возможного будущего климата.
       • Пользовательский интерфейс UKCP09: обеспечивает доступ к интерактивной части UKCP09 и генератору погоды (для создания правдоподобных последовательностей погоды при различных будущих сценариях). Вам необходимо зарегистрироваться (бесплатно) перед использованием этой части UKCP09., но процесс очень простой.
         • Предлагаемое упражнение: построить двухмерный вероятностный график, показывающий вероятность изменений летней температуры и летних осадков для Нориджа при сценарии средних выбросов (SRES A1B) в 2080-х годах.
         • Подсказки: перейдите в пользовательский интерфейс UKCP09 (см. выше) и выберите параметры в следующем порядке: «Начать новый запрос», «выбрав источник данных», «Далее», «Вероятностные прогнозы изменения климата Великобритании на суше», « Только будущее изменение климата», затем отметьте «Изменение средней температуры» и «Изменение количества осадков», «Далее», «Средний», «Далее», затем отметьте «2080-е годы (2070-209 гг.)9)” и “Лето (JJA)”, “Далее”. Теперь у вас должна быть карта, чтобы выбрать свое местоположение. Вы можете увеличить масштаб и щелкнуть квадрат, который содержит Норидж, или ввести “Норвич”, а затем нажать “Поиск”. В любом случае , вы должны получить идентификатор ячейки сетки 1477, а затем нажать «Далее». Выберите «Выборочные данные», «Выбрать все», «Далее», «Совместный график вероятностей» и, наконец, «Далее». Примерно через 30 секунд вам должны быть представлены результаты, как показано на рисунке.

         • Эти результаты показывают, что наиболее вероятным изменением является потепление примерно на 3 градуса Цельсия и уменьшение количества осадков на 20%, но диапазон вероятности (на основе неопределенностей в прогнозировании будущего глобального и регионального изменения климата) составляет менее 1 градуса Цельсия до 7°С и от увеличения количества осадков на 20% до уменьшения количества осадков на 60%.

Глоссарий

Антропогенный

Возникшие в результате деятельности человека.

БП

Годы до настоящего времени (6000 лет назад — это 6000 лет до настоящего времени, или около 4000 лет до нашей эры).

ГКМ

Модель общей циркуляции (иногда используется для модели глобального климата).

Инсоляция

Количество солнечной радиации, полученной в данный момент времени (обратите внимание на то, описывается верхняя часть атмосферы или земная поверхность; последний будет уменьшен за счет отражения и поглощение облаками и атмосферой).

МГЭИК

Межправительственная группа экспертов по изменению климата.

МАГИКС

Модель для оценки изменения климата, вызванного парниковыми газами (энергетический баланс, климатическая модель апвеллинга-диффузии, разработанная Wigley, Raper и Meinhausen).

Сценарии СДСВ

Сценарии возможных будущих выбросов парниковых газов, представленные в Специальном отчете МГЭИК о сценариях выбросов (СДСВ), опубликованном в 2000 г.

Каталожные номера

• Archer D (2006) Глобальное потепление: понимание прогноза . Уайли-Блэквелл, 288 стр.
• Harvey LDD (2000) Глобальное потепление: точная наука . Пирсон, Харлоу, Великобритания, 336 стр.

  Добавить комментарий Отменить ответ

  Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  Рубрики

  • Вентиляц
  • Вентиляция
  • Воздуховод
  • Воздуховоды
  • Кондиционер
  • Кондиционеры
  • Нормы
  • Разное
  • Решетк
  • Решетки
  • Система вентиляции
  • Советы
  • Советы по выбору
  • Схема
  • Схемы
  • Фанкойла
  • Чиллер
  Автор: ООО Приоритет-Пермь 2019 © Все права защищены.
  Карта сайта
  ООО Приоритет-ПермьОфициальный сайт

  • Советы по выбору
  • Кондиционеры
  • Вентиляция
  • Воздуховоды
  • Схемы